タンパク質の構造と機能の予測のための計算資源提供型広域計算

广域计算为预测蛋白质结构和功能提供计算资源

基本信息

批准号：
16016265
负责人：
網崎孝志
金额：
$ 4.61万
依托单位：
Tottori University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research on Priority Areas
财政年份：
2004
资助国家：
日本
起止时间：
2004 至 2005
项目状态：
已结题

项目摘要

タンパク質の構造と機能の解明のための理論的アプローチでは、分子動力学(molecular dynamics ; MD)計算に期待が集まるが、莫大な計算量のため、現時点では、計算環境に恵まれた一部の科学者がチャレンジしているに過ぎない。本研究は、広域的なMD計算グリッドのプロトタイプの制作を通して、必要な基盤技術を整備し、一般のタンパク質科学者へMD計算資源を提供するための仕組みを構築することを目的とし、実際にそれを達成した。MD計算最大の難点は二体相互作用求値にあるが、本研究では、それに、専用計算ボードと高速アルゴリズムの併用によるMD専用クラスタを用い、その計算パワーを伝達するためのMDグリッドシステムの設計とGridRPC方式(Ninf-G)による実装を行った。この方式は、数十Mbps程度のネットワーク性能であっても、ユーザ側では一桁以上の実行時間短縮が見込めた。反面、MD専用クラスタの性能がネットワーク性能に比べ強大であればあるほど、データ通信待機のためにMD専用クラスタに遊休時間を生じる。このようなシステムの利用率の問題を改善するため、サービスを多重化すること、すなわち、同時に複数のMD計算要求に対応することとした。そのためには、MD計算クラスタを構成するノードの運用を統一的に管理する機構が必要となる。本年度は、専用計算ボード管理がGlobus資源管理機構の一部として機能するような階層的グリッド資源管理機構を構築し、その上で、サービス多重化により、サービスの質(遠隔地ユーザに伝達される計算パワー)を維持したまま、利用率を向上することが可能であることを、実証実験により確認した。これまでの一連の研究により、効果的なMD計算グリッドの実現の一例を示すことができたと考えられる。

分子动力学（MD）计算有望作为阐明蛋白质结构和功能的理论方法，但由于计算量巨大，目前只有一些具有良好计算环境的科学能够做到。只是有人接受挑战。本研究的目的是通过创建广域MD计算网格的原型来开发必要的基础技术，并构建向一般蛋白质科学家提供MD计算资源的机制。 MD计算最大的难点是寻找二体交互值，但在本研究中，我们使用专用计算板和高速算法相结合的专用MD集群，并设计了MD网格系统来传递算力。并使用GridRPC方法（Ninf-G）实现。即使网络性能为数十 Mbps 量级，该方法也有望将用户侧的执行时间减少一个数量级以上。另一方面，与网络性能相比，MD-only集群的性能越强，由于数据通信待机而在MD-only集群中出现的空闲时间就越多。为了提高系统的利用率，我们决定对服务进行复用，即同时处理多个MD计算请求。为了实现这一点，需要一种机制来集中管理组成MD计算集群的节点的操作。今年，我们将建立分层的网格资源管理机制，其中专用计算板管理功能作为Globus资源管理机制的一部分，然后通过服务复用，提高服务质量（转移到远程用户）。我们通过演示实验证实，在保持计算能力的同时提高利用率是可能的。通过迄今为止的一系列研究，相信我们已经能够展示实现有效MD计算网格的示例。